ipd模式下基于bim的精益建造实施研究

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2013年第3期科技管理研究2013No.3ScienceandTechnologyManagementResearchdoi:10.3969/j.issn.1000－7695.2013.03.048IPD模式下基于BIM的精益建造实施研究112包剑剑，苏振民，王先华(1.南京工业大学土木工程学院，江苏南京211816;2.江苏建工集团，江苏南京210036)摘要:在介绍IPD模式的基础上，分析IPD模式下BIM和精益建造实施的关系，构建基于BIM的精益建造实施模式“IPD屋”，对IPD模式下基于BIM的精益设计、精益采购和施工建造的实施进行分析。关键词:IPD;BIM;精益建造;建筑工程整体化中图分类号:TU204.2;TU3文献标识码:A文章编号:1000－7695(2013)03－0219－05StudyontheImplementationofLeanConstructionBasedonBuildingInformationModelintheModeofIntegratedProjectDelivery112BAOJianjian，SUZhenmin，WANGXianhua(1.CollegeofCivilEngineering，NanjingUniversityofTechnology，Nanjing211816，China;2.JiangsuConstructionEngineeringGroup，Nanjing210036，China)Abstract:ThisessaywillillustratetherelationshipbetweenBIMandIPDimplementationbasedontheintroductionofIPDmodeandBIM．ThiswillbedonebybuildingleanconstructionimplementationofBIM－basedmodelwhichiscalled“IPDHouse”andanalyzingtheIPDmodeBIM－basedleandesign，andleanconstructionimplementationofprocurementandconstruction．Keywords:integratedprojectdelivery;buildinginformationmodel;leanconstruction;constructionholistic提供支持。基于BIM实施精益建造，运用BIM的1引言4D、5D等多维可视技术帮助项目各参与方对项目的随着国际建筑业发展日益加快，工程项目建设设计、建造等过程进行控制管理，可促进设计施工已经朝着大型化、复杂化、多样化的大方向发展。一体化，以最低的成本、最短的工期实现高质量的建筑业仍一直面临着设计变更多、生产效率低下、［2］建筑产品。Yong－wooKim等人通过案例分析研究项目整体价值偏低等问题，迫切需要通过采用先进得出合同、组织、文化、精益建造、建筑信息模型的建造体系和技术工具来实现项目交付方式的转变，是IPD实现的五个关键因素，并且这五个因素在IPD改变建筑业低效率、浪费严重和项目整体价值偏小模式下相互联系并可以相互增强。精益建造技术和的状况，实现建筑业效率的提升。以精益建造和BIM等支撑体系使团队协同合作，增强了项目团队BIM等作为核心支撑的项目集成交付模式IPD，是随的整体性，并且促使项目在设计和建造过程中获得着精益建造(LC)和BIM技术的发展而发展起来［3］更好的成果。RafaelSacks等人分析了精益建造和［1］的。它们是建设行业为提升行业生产效率和项目BIM的关系，指出尽管没有建筑信息模型，精益建管理水平在理论研究和工程实践基础上总结出来的造仍有可能实现项目集成交付，但是BIM对于高效信息化技术手段和建造与管理模式，都是影响建设率地实施精益建造以及实现项目集成交付都是必不工程领域的根本性变革。可少的。并通过分析精益建造的相关原则和BIM的IPD模式在国外已有不少成功案例，一部分学者［4］典型功能，并构建了BIM和精益建造交互矩阵。对IPD模式下的精益建造和BIM关系也进行了研究。IPD模式下基于BIM合作平台实现精益建造完LauriKoskela等人曾通过研究指出BIM改变了建筑美实施，是提高项目整体价值的关键所在，也是推业的生产效率和项目团队成员之间的角色关系，并广IPD过程中业界必须研究的问题。本文旨在通过且BIM的实施可以为精益项目集成交付IPD的实现对这一问题进行分析探讨，来提高精益建造和BIM收稿日期:2012－05－15，修回日期:2012－08－06基金项目:江苏省建设系统(建筑业)科研计划项目(JG2007－04) 220包剑剑等:IPD模式下基于BIM的精益建造实施研究在IPD模式下的运用效率以及提升项目价值。要的浪费，降低了项目整体价值。IPD模式与传统模式相比，在项目的内容、人员、实现方式、实现时2IPD模式内涵间方面存在很大区别，能够实现持续改善的工作流、2.1IPD模式的概念最大限度地提升项目整体价值。美国建筑师学会(AIA2007)将项目集成交付2.3IPD模式下的精益建造和BIM(IntegratedProjectDelivery)定义为:“一种项目交精益建造是吸收精益生产的理念并加以改进用付方法，即将人员、系统、业务结构和实践全部整于建筑业的一种先进的建造方法与管理思想，以减合到一个流程中，整合后的所有参与者充分利用智少浪费、持续改进、向顾客增加价值为原则来实现慧才华和实践经验，在项目所有阶段优化与改善项项目完美交付。它以顾客为中心，通过采用全面质目，为业主增加价值、减少浪费、最大限度地提高量管理、拉动式JIT、并行工程、最后计划者LPS控项目整体效率与价值。它是一种以相互尊重和信任、制体系等关键技术来消除一切浪费，追求完美，以［7］团队互利共享、协同创新决策、目标价值早期制定、实现顾客价值最大化和浪费最小化。而BIM作为重视项目计划、前沿技术运用为实施原则的项目交一个建设项目物理和功能性能的数字表达，不仅仅［5］付方式。通过BIM合作平台建立更为广泛的伙伴是一种设计工具，更是一种团队合作的平台。通过关系，建立起一种集成的面向项目全过程的团队组这个合作平台的共享知识源，团队成员分享项目相织。鼓励项目各方专注于项目的利益而不是个人目关信息，为项目生命周期相关决策提供依据，并可标。以信任为基础、以合作为平台，各方之间风险支持和反映团队成员各方协同作业。公担、利益共享，以实现项目整体价值最大化为目项目集成交付IPD是一种追求顾客价值最大化标(见图1)。的新型项目交付方式，它的实现必须改变传统的建［8］造方式，使用先进的技术工具。精益建造是一种以顾客价值的最大化为目标的建造方式，能满足IPD对建造方式的要求，它的相关技术为IPD的实现提供了强大支撑。而作为建筑工程领域出现的又一变革性的新技术BIM，不仅为精益建造关键技术的实施创造条件，更是促成IPD实现的关键因素。同时精益建造的实施又为BIM的运用提供了一个先进的建造体系，改变了BIM运用的社会建造背景。在IPD模式下基于BIM实施精益建造体系所带来的价值比单独运用精益建造或BIM所带来的价值更大，是双赢智慧的体现。3基于BIM的精益建造实施模式IPD模式具有协作程度非常高的流程，该流程覆图1IPD模式下的团队合作盖了设计、供应、施工等项目各个阶段。精益建造2.2IPD模式下的项目过程的目的就是通过改善生产流程，减少项目寿命周期IPD模式下项目过程主要可分为概念化过程、标各个过程中不增加价值的浪费。而精益建造体系的准设计、详细设计、执行文件、机构审查、采购分运用，是以项目各参与方对项目各个阶段数据的掌［5］包、建造、收尾等过程。项目流在整体交付过程握为基础。随着项目的深入，相关数据量越来越多，中从早期的设计到结束与传统不同的是它没有用以文本数据为代表的单一数据互享方式已经不能满PD—SD—DD—CD(概念设计—结构设计—详细设足现代项目管理的需要。而以解决项目不同阶段、计—标准设计)的惯例，而是采取概念设计—标准不同参与方、不同应用软件之间信息存取管理和信设计—详细设计(PD—CD—DD)的工作流程，尽息交换共享问题为特色的BIM的出现，解决了IPD［9］可能实现在项目初期确定设计决策，减少了项目工模式下实施精益建造体系对海量数据要求的难题。作流障碍，有利于实现影响产出的机会最大化、变IPD模式下项目各个阶段业主、设计方、承包［6］更的成本最小化。在传统模式下，项目生命期一商、供应商和各级分包商通过团队协作在一起实施般分为项目策划、设计、施工、竣工交付使用等过并交付工程，而最容易造成浪费、减少项目整体价程。设计和施工经常处于分离状态，造成很多不必值的是设计、采购、施工阶段。本文通过构建IPD 包剑剑等:IPD模式下基于BIM的精益建造实施研究221［6］模式下基于BIM的精益建造实施模式“IPD屋”(见操作实施时服务于业主。图2)，来分析讨论以BIM为平台的精益建造体系的IPD模式下的精益设计，集成团队可基于BIM实施:精益设计、精益采购以及施工建造，以期使这个信息平台，采用“拉式”的原则是通过利益相两者表现出更加良好的协同效应，实现项目价值最关者分析掌握客户需要以及利益相关者的主要信息大化以及项目可持续。后，按照顾客的需要对建筑产品进行设计，使设计的［10］产品成为用户真正需要的产品。同时各方紧密合作，及时进行设计信息反馈，可提早发现设计上存在的问题，减少失误或不完善可能带来的成本损失。通过BIM技术，各专业设计方从项目前期开始将3D模型整合为一体，利用数字模型为设计的不同阶段提供各种可视化信息。工作人员可将任一阶段的设计模型及时完整地展示给项目利益相关者，即使项目各参与方没有专业知识背景，也可通过模型来了解项目。一方面在BIM技术支持下各专业设计方可以同时进行建筑设计、结构设计、电器设计、暖通设计等，通过碰撞检查消除内部模型之间的各种碰撞，使设计模型信息更加完整准确。另一方面基于BIM的VDC(可视化设计施工)等核心功能，利用BIM创建的建筑模型以及其包含的非图形数据信息，导入相关匹配软件可进行建筑分析、结构分析、耗图2IPD模式下基于BIM的精益建造实施能分析、声学与风热力学分析。并通过管道冲突检模式———“IPD屋”验、防火安全检验和规范检验来模拟现场施工，验证施工可行性分析，以此减少设计变更、避免重复4基于BIM的精益建造实施分析设计和施工过程的返工以及由此造成的不必要的浪4.1精益设计与BIM费。基于BIM这个合作交流平台，在设计阶段项目设计是实现功能的基础，是使项目满足顾客要团队成员间信息流、知识流才能被整合;各专业设求的关键。IPD模式下项目设计过程包括概念化过计方的设计流才能被优化，设计方案才能正真得到程、标准设计、详细设计等阶段。各项目参与方通顾客认同，精益设计才能落实到实处。基于BIM的过IFOA合同等形成集成团队，该集成团队基于他们设计才能正真实现设计施工的深度整合以及建筑工［12］自己的资质，最大化的理解业主的需要(价值)，协程整体化。助设计师完成一个能最大限度提高业主利益的设计，4.2精益采购与BIM［5］IPD模式下工程项目涉及的需求资源种类繁多、使设计并且具有比较高的可预见性和施工便利性。精益设计以顾客价值需求为出发点、以顾客价值最数量巨大，这些资源占据着大量工程建设资金。另大化为目标，在设计阶段能充分考虑顾客要求、关外在项目实施过程中，外部环境存在很大的不确定注顾客价值，能满足IPD对设计的要求。性，项目资源需求计划容易受这些不确定因素的影精益设计的理念和模式源自精益生产，其目的响。能否实现高效、节约的采购直接影响项目成本，就是使得设计团队追求设计过程的最优化，设计能也是影响IPD实现的关键因素。精益建造体系下的力的最优化以及项目价值最大化。精益设计采用并精益采购能满足IPD对项目采购准时、准确、有序、行工程来进行有关工作，以设计部门为主，其他部回溯的要求。精益采购强调在必要的时间，供应必门共同参与，分工协作。它的实现必须建立在项目要数量的必须产品，是指以最小的总费用，按建设各方充分掌握相关信息的基础上，BIM作为一个可项目需求，将物质资料(包括原材料、在制品、产［11］以为项目设计阶段决策提供可靠依据的具有海量信成品等)从供给地向需要地转移的过程。精益采息的信息交换中心，满足了精益设计对信息存储、购以顾客(建设项目)需求为中心，以减少浪费为信息共享、信息交换的需要。BIM最终实现的是一目的，以准时、准确、快速为特征，通过准时供应个开放资源的平台，建筑项目集成团队利用数字化减建造环节以外的库存来达到降低成本的目的，提设想、编程、设计、实现可视化，经不同的模拟，高项目整体价值。直接从数字模型中对代码和结构进行读取，然后在相互信任、信息共享、需求信息透明化是精益 222包剑剑等:IPD模式下基于BIM的精益建造实施研究采购的基础，信息的传递、准确的需求、准确的资IPD模式下，由于施工方在项目早期阶段就就加源供应量必须要有项目海量数据作为支撑。BIM作入项目，参与项目的早期设计，对项目具有更好的为项目数据存储和交换中心，解决了项目资源需求理解认识。IPD模式下无论是柔性化施工、均衡化施难量化的难题。BIM不仅具有图纸文档自动生成功工还是准时化施工是以施工方对对现场信息的及时能，而且具有强大的高级分析功能;通过生成平面准确掌握为前提，施工现场相关信息及时存取与更图、立面图、3D图等，然后对其进行高级分析可生新直接影响着施工现场管理的效率。BIM的相关技成面积统计、资源需求量统计明细表甚至造价计算，术可以为稳定、高效的施工流的创建以及精干高效可对项目各个阶段所需的人力、资源、资金进行详的施工管理提供强大支撑。首先利用BIM4D技术可细汇总。并且当项目团队在设计阶段变动设计时，以为施工现场做好充分的准备，例如场地布置、资视图中的任何修改都会反映在总数据库中，相应的源配置等等，在施工前可以模拟工程的具体施工操［4］资源需求量统计表也会联动变更。BIM通过精益作及工程进展状况。现场人员通过观看模拟提前了设计为每一部分工作所需的物质资源提供了一个准解了施工流程，降低了现场操作难度，实现了操作确的模型，由于是按需进材、按需用工，避免了不流程的标准化、管理的标准化，提高了项目效率。必要材料的积压和人员窝工。一方面它有利于保证其次可利用BIM具有的进度计划自动生成功能，针人员、设备、材料等因素及时到达现场，降低项目对模型中的项目编制项目施工阶段的任务和计划，采购成本;另一方面也为分包商改善计划与调度方并对当前施工状态下计划的变更自动调整更新，进面提供了依据，增加了项目的可控性。另外可将建行优化分析、持续改进，减少由于人为错误而导致设项目BIM数据库系统与材料设备等供应商的供应的变化，提高施工过程的稳定性、可控性和均衡性。链数据库集成，这样可将资源需求信息及时准确传另外BIM技术能够实现施工状态的可视化和信息沟递给供应商，形成拉式供应机制(见图3)。基于通及时化，施工人员提前获知后续工作时间、工作BIM集成供应商与建造系统所形成的供应链正真实地点、工作环境，通过减少输入流的变动、提高输现了采购物流、信息流、建造流的有效整合，提高出流的绩效来稳定建造环境，从而提高了建造流程的［4］了采购的效率，增加了项目的整体价值。可靠性，保证了IPD施工阶段持续工作流的实现。LPS作为精益建造的计划控制体系，由最后一个工作者来制定计划，每道工序根据下一道工序的需求情况来制定计划，从而形成一个环形的控制体系，对项目的实施起着计划和控制的重要作用。最后计划者体系是一个承诺管理体系，它的原则度量是PPC，一种对计划质量的衡量，是完成承诺(下周或［10］明天要做的工作)的百分比。由于BIM具有计划变更快速生成与评估的功能，能对各种施工状态下的计划进行评估分析。IPD模式下项目团队基于BIM实施LPS，从计划中可以获得详细的现行计划和限制条件，改善低PPC现状，并结合PPC可分析制定详细的未来计划以及更新限制条件、BIM数据库。以图3IPD模式下基于BIM的精益采购实施体系此不断优化改善整个计划流程，形成持续的控制流，4.3施工建造与BIM实现项目整体的成功与最优。在项目建设过程中，施工阶段程通常是建设时5结语间最长、投资最大的时期，是将业主的要求从设计转化成建筑产品的关键阶段。施工的过程是一种从精益建造为IPD的实现提供了一种先进的建造输入到输出的转化过程，通过一系列过程输入原材方式和管理模式，而BIM的运用使得IPD具有了功料、设备、人工劳动以及所需要的信息资源等，输能完美的技术工具，BIM的核心功能又支持多项精［11］出的是满足客户要求的最终交付物。精益建造体益建造关键技术的实现。IPD模式下基于BIM这个系下的施工过程以柔性化施工、均衡化施工、准时合作平台，精益建造实施过程中的信息流难掌控、化施工为原则，以拉动式建造控制系统LPS作为项工作流难整合、价值流难量化的问题得到了很好的目生产控制体系，追求项目品质精益化和顾客价值解决，精益建造的实施才能正真落实;同时精益建最大化。造体系的实施，优化了BIM的的运用环境，提升了 包剑剑等:IPD模式下基于BIM的精益建造实施研究223BIM对建筑业的作用效果。IPD作为一种建筑工程整－10－30］［6］SMITH，MOSSMAN，EMMITT．Editorial:LeanandIntegratedPro-体交付的方式，是建筑业实现可持续发展的必由之jectDeliverySpecialissue［J］．LeanConstructionJournal，2011:路。随着建筑业和信息技术的不断发展，大力推广01－16以精益建造和BIM等作为核心支撑的项目集成交付［7］蒋书鸿，苏振民．精益建造:一种先进的建造体系［J］．基建优IPD，优化精益建造和BIM的协同运用，必将引起建化，2004，25(3):11－16［8］THOMSONC，JOELD．ManagingIntegratedProjectDelivery［D］．筑业效率大大提升，朝着可持续发展的目标迈进。ConstructionManagementAssociationofAmerica，2011［9］SMITHD．AnIntroductiontoBuildingInformationModeling(BIM)参考文献:［J］．JournalofBuildingInformationModeling，2007:12－14［1］LICHTIGWA．TheIntegratedAgreementforLeanProjectDelivery［［10］章蓓蓓，苏振民．精益建造体系下项目流程管理研究［J］．工J］．ConstructionLawyer，2006(26):3业技术经济，2008(3):77－79［2］SACKSR，KOSKELAL．InteractionofLeanandBuildingInformation［11］SACKSR，etal．RequirementsforbuildinginformationmodelingModelinginConstruction［J］．ConstructionEngineeringAndMan-basedleanproductionmanagementsystemsforconstruction［J］．agement，2010(9):968－980AutomationinConstruction，2010，19(5):641–655［3］KIMYONG—WOO，DOSSICKCS．WhatMakestheDeliveryofa［12］苏振民．可持续发展条件下的建筑管理模式————建筑工程整ProjectIntegrated?AcasestudyofChildren"sHospital，Bellevue，体化的探讨［J］．建筑经济，1998(11):19－21WA［J］．LeanConstructionJournal2011，LeanandIntegratedPro-jectDeliverySpecialissue:53－56作者简介:包剑剑(1987—)，男，安徽泾县人，硕士，硕士研究生，［4］SACKSR，DAVEBA，KOSKELAL．etal．AnalysisFrameworkfor研究方向为工程项目管理;苏振民(1958—)，男，海南儋州人，博theInteractionbetweenLeanConstructionandBuildingInformation士，教授，研究方向为工程项目管理、精益建造、工程评价与决策;Modelling［J］．Proceedingsforthe17thAnnualConferenceoftheIn-王先华(1965—)，男，江苏通州人，研究员级高级工程师，国家注ternationalGroupforLeanConstruction，2009，135(12):221册一级建造师，国家注册安全工程师，全国优秀建造师，研究方向为－231建筑工程技术与管理。［5］AIANational/AIACaliforniaCouncilIntegratedProjectDelivery:AGuide［M/OL］．TheAmericanInstituteofArchitects，2007［2007